JP5152115B2 - 発光パネルの製造方法及び発光パネルの製造装置 - Google Patents
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Description
キャリア輸送層の膜厚ムラはELパネルの発光ムラとなってしまうので、基板における発光領域の外側に発光に関係しないダミー画素を設けて、そのダミー画素に対してもEL材料液を塗布し、ダミー画素から溶媒を蒸発させることで溶媒分子分圧を高めて、発光領域におけるキャリア輸送層の乾燥を均一にする技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
基板の一方の面の中央側となる第一領域と、前記第一領域の周囲となる第二領域と、を有し、前記第一領域に、一の方向に延在する複数の隔壁間で一の方向に延在する凹部にキャリア輸送層が形成される発光パネルの製造方法において、
前記第一領域が露出する開口部と、前記第二領域を覆う枠部とを備えるマスクの前記枠部を前記第二領域に重ねて配し、
前記マスクが配された前記基板に対してノズルを相対的に移動させながら、前記ノズルから前記キャリア輸送層となる材料が溶媒に溶解または分散された液状体を流し出し、前記液状体を前記開口部内の前記第一領域における前記隔壁間の凹部に塗布する前と塗布した後の少なくとも一方で、前記枠部の上面における前記開口部の縁に沿う範囲に前記液状体を塗布する塗布工程を備えることを特徴としている。
好ましくは、前記塗布工程の後に、前記マスクを前記基板に配したまま、前記液状体を乾燥させる乾燥工程を備える。
また、好ましくは、前記塗布工程において、
前記ノズルを一の方向の正方向に相対移動させつつ、前記基板の前記第一領域から前記マスクの前記枠部の上面に前記液状体を塗布した後、前記ノズルが前記枠部に対応する位置で、前記ノズルを前記一の方向と交差する方向に相対移動させる際に、前記枠部の上面に前記液状体を塗布し、更に、前記ノズルを前記一の方向の逆方向に相対移動させつつ、前記マスクの前記枠部の上面から前記基板の前記第一領域に前記液状体を塗布する。
基板の一方の面の中央側となる第一領域と、前記第一領域の周囲となる第二領域と、を有し、前記第一領域に、一の方向に延在する複数の隔壁と、その隔壁間で一の方向に延在する凹部に形成されるキャリア輸送層とを備える発光パネルの製造装置であって、
前記第一領域が露出する開口部と、前記第二領域よりも広い範囲を有しその第二領域を覆う枠部とを備えるマスクと、
前記開口部から前記第一領域が露出するように前記マスクが配された前記基板に対して相対的に移動しながら、前記キャリア輸送層となる材料が溶媒に溶解または分散された液状体を流し出し、前記液状体を前記開口部内の前記第一領域における前記隔壁間の凹部に塗布する前と塗布した後の少なくとも一方で、前記枠部の上面における前記開口部の縁に沿う範囲に前記液状体を塗布するノズルと、
を備えることを特徴としている。
好ましくは、前記枠部には、前記マスクが前記基板に配される向きに対応して、前記開口部内の前記第一領域に設けられた前記隔壁間の凹部の幅に相当する幅を有し、前記一の方向に延在する溝部が形成されている。
また、好ましくは、前記溝部は、前記凹部のピッチ間隔に対応して、複数並列されて設けられている。
このELパネル1には、複数の走査線2が行方向に沿って互いに略平行となるよう配列され、複数の信号線3が平面視して走査線2と略直交するよう列方向に沿って互いに略平行となるよう配列されている。また、隣り合う走査線2の間において電圧供給線4が走査線2に沿って設けられている。そして、これら各走査線2と隣接する二本の信号線3と各電圧供給線4とによって囲われる範囲が、画素Pに相当する。ここでは、R(赤)を発光する複数の画素P,G(緑)を発光する複数の画素P、B(青)を発光する複数の画素Pが、それぞれ信号線3の配列方向に沿って並んで配列され、且つ走査線2の配列方向に沿ってR(赤)を発光する画素P,G(緑)を発光する画素P,B(青)を発光する画素Pの順に配列されている。
また、ELパネル1には、信号線3に沿う方向に延在する隔壁である複数のバンク13が並列されて設けられている。このバンク13によって挟まれた範囲に所定のキャリア輸送層(後述する正孔注入層8b、発光層8c)が設けられて、画素Pの発光領域となる。つまり、このバンク13が、R(赤),G(緑),B(青)の各色毎に画素Pを仕切っている。なお、キャリア輸送層とは、電圧が印加されることによって正孔又は電子を輸送する層である。
また、スイッチトランジスタ5は、以下に詳述する駆動トランジスタ6と同様の薄膜トランジスタであって、ゲート電極5a、半導体膜、チャネル保護膜、不純物半導体膜、ドレイン電極5h、ソース電極5i等を有するものであるので、その詳細については省略する。
なお、図4、図5に示すように、基板10上の一面にゲート絶縁膜となる層間絶縁膜11が成膜されており、その層間絶縁膜11の上に層間絶縁膜12が成膜されている。信号線3は層間絶縁膜11と基板10との間に形成され、走査線2及び電圧供給線4は層間絶縁膜11と層間絶縁膜12との間に形成されている。
層間絶縁膜11は、例えば、シリコン窒化物又はシリコン酸化物からなる。この層間絶縁膜11上であってゲート電極6aに対応する位置に真性な半導体膜6bが形成されており、半導体膜6bが層間絶縁膜11を挟んでゲート電極6aと相対している。
半導体膜6bは、例えば、アモルファスシリコン又は多結晶シリコンからなり、この半導体膜6bにチャネルが形成される。また、半導体膜6bの中央部上には、絶縁性のチャネル保護膜6dが形成されている。このチャネル保護膜6dは、例えば、シリコン窒化物又はシリコン酸化物からなる。
また、半導体膜6bの一端部の上には、不純物半導体膜6fが一部チャネル保護膜6dに重なるようにして形成されており、半導体膜6bの他端部の上には、不純物半導体膜6gが一部チャネル保護膜6dに重なるようにして形成されている。そして、不純物半導体膜6f,6gはそれぞれ半導体膜6bの両端側に互いに離間して形成されている。なお、不純物半導体膜6f,6gはn型半導体であるが、これに限らず、p型半導体であってもよい。
不純物半導体膜6fの上には、ドレイン電極6hが形成されている。不純物半導体膜6gの上には、ソース電極6iが形成されている。ドレイン電極6h,ソース電極6iは、例えば、Cr膜、Al膜、Cr/Al積層膜、AlTi合金膜又はAlTiNd合金膜からなる。
チャネル保護膜6d、ドレイン電極6h及びソース電極6iの上には、保護膜となる絶縁性の層間絶縁膜12が成膜され、チャネル保護膜6d、ドレイン電極6h及びソース電極6iが層間絶縁膜12によって被覆されている。そして、駆動トランジスタ6は、層間絶縁膜12によって覆われるようになっている。層間絶縁膜12は、例えば、厚さが100nm〜200nm窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
また、走査線2、電圧供給線4、キャパシタ7の電極7b、スイッチトランジスタ5のドレイン電極5h,ソース電極5i及び駆動トランジスタ6のドレイン電極6h,ソース電極6iは、層間絶縁膜11に一面に成膜された導電膜をフォトリソグラフィー法及びエッチング法等によって形状加工することで形成されたものである。
なお、駆動トランジスタ6のゲート電極6aがキャパシタ7の電極7aに一体に連なっており、駆動トランジスタ6のドレイン電極6hが電圧供給線4に一体に連なっており、駆動トランジスタ6のソース電極6iがキャパシタ7の電極7bに一体に連なっている。
そして、図4、図5に示すように、層間絶縁膜12が、走査線2、信号線3、電圧供給線4、スイッチトランジスタ5、駆動トランジスタ6、画素電極8aの周縁部、キャパシタ7の電極7b及び層間絶縁膜11を覆うように形成されている。
層間絶縁膜12には、各画素電極8aの中央部が露出するように開口部12aが形成されており、この層間絶縁膜12は、平面視して格子状に形成されている。
このバンク13の側壁13aは、層間絶縁膜12の開口部12aより内側に位置し、対向する側壁13a間に画素電極8aの中央側が露出するようになっている。
そして、バンク13は、後述する正孔注入層8bや発光層8cを湿式法により形成するに際して、正孔注入層8bや発光層8cとなる材料が溶媒に溶解または分散された液状体が隣接する画素Pに滲み出ないようにする隔壁として機能する。なお、並列するバンク13において対向する側壁13a間が凹部13bとなり、その凹部13bにおける画素電極8a上に液状体が塗布されるようになる。この凹部13bは、バンク13と同様に一の方向に延在する。
発光層8cは、画素P毎にR(赤),G(緑),B(青)のいずれかを発光する材料を含み、例えば、ポリフルオレン系発光材料やポリフェニレンビニレン系発光材料からなるキャリア輸送層であって、対向電極8dから供給される電子と、正孔注入層8bから注入される正孔との再結合に伴い発光する層である。このため、R(赤)を発光する画素P、G(緑)を発光する画素P、B(青)を発光する画素Pは互いに発光層8cの発光材料が異なる。画素PのR(赤),G(緑),B(青)のパターンは、縦方向に同色画素が配列されるストライプパターンであってもよく、また、デルタ配列であってもよい。
この対向電極8dは全ての画素Pに共通した電極であり、発光層8cなどの化合物膜とともに後述するバンク13を被覆している。
具体的には、層間絶縁膜12の上に設けられたバンク13の側壁13aは、層間絶縁膜12の開口部12aより内側に形成されている。
そして、開口部12aに囲まれて側壁13aで挟まれた画素電極8a上に、正孔注入層8bとなる材料が含有される液状体を塗布し、基板10ごと加熱し溶媒を蒸発させて、その液状体を乾燥させ成膜させた化合物膜が、第1のキャリア輸送層である正孔注入層8bとなる。
さらに、開口部12aに囲まれて側壁13aで挟まれた正孔注入層8b上に、発光層8cとなる材料が含有される液状体を塗布し、基板10ごと加熱し溶媒を蒸発させて、その液状体を乾燥させ成膜させた化合物膜が、第2のキャリア輸送層である発光層8cとなる。
なお、この発光層8cとバンク13を被覆するように対向電極8dが設けられている(図5参照)。
なお、基板10側ではなく、反対側が表示面となってもよい。この場合、対向電極8dを透明電極とし、画素電極8aを反射電極として、発光層8cから発した光が対向電極8dを透過して出射するようにする。
全ての電圧供給線4に所定レベルの電圧が印加された状態で、走査ドライバによって走査線2に順次電圧が印加されることで、これら走査線2が順次選択される。
各走査線2が選択されている時に、データドライバによって階調に応じたレベルの電圧が全ての信号線3に印加されると、その選択されている走査線2に対応するスイッチトランジスタ5がオンになっていることから、その階調に応じたレベルの電圧が駆動トランジスタ6のゲート電極6aに印加される。
この駆動トランジスタ6のゲート電極6aに印加された電圧に応じて、駆動トランジスタ6のゲート電極6aとソース電極6iとの間の電位差が定まって、駆動トランジスタ6におけるドレイン−ソース電流の大きさが定まり、EL素子8がそのドレイン−ソース電流に応じた明るさで発光する。
その後、その走査線2の選択が解除されると、スイッチトランジスタ5がオフとなるので、駆動トランジスタ6のゲート電極6aに印加された電圧にしたがった電荷がキャパシタ7に蓄えられ、駆動トランジスタ6のゲート電極6aとソース電極6i間の電位差は保持される。
このため、駆動トランジスタ6は選択時と同じ電流値のドレイン−ソース電流を流し続け、EL素子8の輝度を維持するようになっている。
次いで、半導体膜6b(5b)となるアモルファスシリコン等の半導体層、チャネル保護膜6d(5d)となる窒化シリコン等の絶縁層を連続して堆積後、フォトリソグラフィーによってチャネル保護膜6d(5d)をパターン形成し、不純物半導体膜6f,6g(5f,5g)となる不純物層を堆積した後、フォトリソグラフィーによって不純物層及び半導体層を連続してパターニングして不純物半導体膜6f,6g(5f,5g)、半導体膜6b(5b)を形成する。
そして、フォトリソグラフィーによってコンタクトホール11a〜11cを形成する。次いで、コンタクトホール11a〜11c内にコンタクトプラグ20a〜20cを形成する。この工程は省略されてもよい。
スイッチトランジスタ5のドレイン電極5h,ソース電極5i及び駆動トランジスタ6のドレイン電極6h,ソース電極6iとなるソース、ドレインメタル層を堆積して適宜パターニングして、走査線2、電圧供給線4、キャパシタ7の電極7b、スイッチトランジスタ5のドレイン電極5h,ソース電極5i及び駆動トランジスタ6のドレイン電極6h,ソース電極6iを形成する。こうしてスイッチトランジスタ5及び駆動トランジスタ6が形成される。その後、ITO膜を堆積してからパターニングして画素電極8aを形成する。
そして、スイッチトランジスタ5や駆動トランジスタ6等を覆うように、気相成長法により絶縁膜を成膜し、その絶縁膜をフォトリソグラフィーでパターニングすることで画素電極8aの中央部が露出する開口部12aを有する層間絶縁膜12を形成する。この開口部12aとともに、図示しない走査線2の外部接続端子、ELパネル1の一辺に位置するデータドライバに接続するための各信号線3の外部接続端子及び電圧供給線4の外部接続端子をそれぞれ開口する複数のコンタクトホールを形成する。
次いで、ポリイミド等の感光性樹脂を堆積後に露光して、画素電極8a上に側壁13aが位置する縞状のバンク13を形成する。なお、このバンク13は、上記外部接続端子を開口するコンタクトホール(図示せず)を露出している。
なお、図1に示すELパネル1において、基板10の一方の面の中央側で、並設されたバンク13に挟まれて複数の画素Pが升目状に並んでいる領域が、第一領域としての発光領域R1であり、その発光領域R1の周囲を囲う領域が、第二領域としての非発光領域R2である。
また、この発光領域R1は、キャリア輸送層となる材料が溶媒に溶解または分散された液状体Lが塗布される塗布領域R1であり、非発光領域R2は、その液状体Lが塗布されない非塗布領域R2である。
具体的には、マスク30は、図7(a)、図8に示すように、基板10の塗布領域R1が露出する開口部31と、基板10の非塗布領域R2よりも広い範囲を有し、その非塗布領域R2を覆う枠部32とを備えている。
このマスク30における塗布開始側となる枠部32(図7中、左側の枠部32)と、塗布終了側となる枠部32(図7中、右側の枠部32)には、その枠部32の上面における開口部31の縁に沿う範囲に、一の方向(図7中、上下方向)に延在する溝部33が形成されている。この溝部33は、マスク30が基板10に配される向きに対応して、開口部31内の塗布領域R1に設けられたバンク13間で一の方向に延在する凹部13bと同じ方向となるように、一の方向に延在するように形成されている。特に、溝部33は、凹部13bの幅に相当する幅を有し、その凹部13bのピッチ間隔に対応して、各枠部32に複数(図中、左右にそれぞれ3つ)並列されて設けられている。つまり、マスク30が基板10に配された状態を平面視した際に、開口部31内の塗布領域R1で一の方向に延在する凹部13bと、枠部32の上面に形成された一の方向に延在する溝部33とが、同じ方向に沿い同じピッチ間隔で並列するようになる。
また、溝部33は、図7(c)に示すように、枠部32の上面側にバンク13と同じピッチ間隔で枠上凸部34を形成することによって、その枠上凸部34間に設けることができる。この枠上凸部34は、例えば、基板10の塗布領域R1に形成するバンク13と同様の手法により、バンク13と同じ材料で枠部32の上面側に形成することができる。
なお、図8においては、1つのノズル40が各画素列を互い違いに相対移動して液状体Lを塗布するように簡略的に図示しているが、実際はR(赤),G(緑),B(青)の各色の画素列が順に並んでいるので、各色用の3つのノズル40が3列毎に、各色の液状体Lを塗布するようになっている。
ここで、この塗布工程に用いる発光パネル製造装置100は、図9に示すように、ノズル40と、そのノズル40を移動させる図示しないノズル移動機構と、基板10の上面側に配されるマスク30と、そのマスク30が配された基板10が載置されるステージSを移動させる図示しないステージ移動機構等により構成されている。
具体的には、塗布工程において、ノズル40を一の方向の正方向(例えば、図8中の上下方向)に相対移動させつつ、基板10の塗布領域R1の凹部13bからマスク30の枠部32の上面に液状体Lを塗布し、次いで、ノズル40が枠部32の上方に対応する位置で、ノズル40を一の方向と交差する方向(例えば、図7中の左右方向)に相対移動させた後に、ノズル40を一の方向の逆方向(例えば、図7中の上下方向)に相対移動させつつ、マスク30の枠部32の上面から基板10の塗布領域R1の凹部13bに液状体Lを塗布することを繰り返して、塗布領域R1の全画素電極8a上に、キャリア輸送層となる所定の液状体Lを塗布する。
ここで、基板10に配されたマスク30において、枠部32に形成されている溝部33は、開口部31内の塗布領域R1で一の方向に延在する凹部13bと、同じ方向に沿い同じピッチ間隔で並設されているので、その溝部33はマスク30上の仮想の凹部とすることができる。つまり、マスク30の枠部32にもバンク13の凹部13bがあるように、ノズル40を相対移動させることで、その溝部33に凹部13bと同様に液状体Lを塗布することができる。なお、マスク30の枠部32に塗布された液状体Lは溝部33に収まるようになっているので、液状体Lが枠部32から流出して開口部31内に流れ込んでしまうようなことはほとんどない。
また、塗布工程中、ノズル40が枠部32の上方に対応する位置で、ノズル40を一の方向と交差する方向(例えば、図7中の左右方向)に相対移動させる際に、その枠部32の上面にも液状体Lを塗布することで、溝部33が形成されていない枠部32側の開口部31の縁でもELパネル1の発光に寄与しない液状体Lの溶媒を蒸発させることが可能になる。
このように、塗布領域R1の全周囲を囲う、開口部31の全周の縁に液状体Lを塗布することで、より広い範囲からELパネル1の発光に寄与しない液状体Lの溶媒を蒸発させて乾燥させることができ、基板10周囲の溶媒分子分圧をより高めることができる。
そして、基板10周囲の溶媒分子分圧を高めることで、塗布領域R1に塗布した液状体Lの乾燥を安定させ、塗布領域R1における端側や中心側などの範囲毎に乾燥速度がばらつかないようにして、塗布領域R1の全域における液状体Lの乾燥時間をほぼ一定にすることができる。
つまり、画素電極8a上に正孔注入層8bとなる液状体Lを塗布し乾燥させた後に、発光層8cとなる液状体Lをさらに塗布し乾燥することで、図10に示すように、正孔注入層8bと発光層8cが成膜されてなる2層のキャリア輸送層を形成することができる。
なお、液状体Lが乾燥して化合物膜となることで、その容積は、例えば、10分の1になるので、正孔注入層8b用の液状体Lを乾燥させて正孔注入層8bを成膜した後、マスク30の溝部33は十分な窪みを有しているため、そのマスク30を外すことなく続けて使用し、発光層8c用の液状体Lの塗布を行うことができる。
この対向電極8dを成膜して形成することで、図5に示すように、EL素子8、ELパネル1が製造される。
そして、基板10周囲の溶媒分子分圧を高めることで、塗布領域R1に塗布した液状体Lの乾燥を安定させて、塗布領域R1の全域における液状体Lの乾燥時間をほぼ一定にすることができるので、液状体Lの乾燥ムラを抑えて、キャリア輸送層(正孔注入層8b、発光層8c)の膜厚ムラを低減し、そのキャリア輸送層の成膜不良を低減することができる。
特に、ELパネル1の発光に寄与しない液状体Lをマスク30に広く取った枠部32に塗布して乾燥させるようにしたので、従来技術のように、ダミー画素を設けるためにELパネルの設計変更をすることなく、キャリア輸送層の成膜不良を低減することができる。
そして、枠部32の溝部33に塗布された液状体Lは、その溝部33の窪みから流出しにくくなっているので、枠部32の溝部33から流出した液状体Lが開口部31内に流れ込んで、キャリア輸送層の成膜不良を引き起こしてしまうことはない。
なお、マスク30の溝部33に塗布された液状体Lが乾燥して化合物膜になると、その容積は、例えば、10分の1になるので、化合物膜が成膜されてもマスク30の溝部33が十分な窪みを有している間は、そのマスク30を続けて使用することができ、例えば、正孔注入層8bを5回、発光層8cを5回塗布する、計10回の液状体Lの塗布を繰り返し行うことができる。つまり、液状体Lを1回塗布する度に、マスク30を交換することなく、塗布工程、乾燥工程を実施することができるので、それら工程を比較的速やかに実施することができる。そして、計10回の液状体Lの塗布を行った後、そのマスク30を所定の溶剤で洗浄することで、マスク30のリサイクルユースが可能になる。
8 EL素子
8a 画素電極
8b 正孔注入層(キャリア輸送層)
8c 発光層(キャリア輸送層)
8d 対向電極
10 基板
13 バンク(隔壁)
13a 側壁
13b 凹部
30 マスク
31 開口部
32 枠部
33 溝部
34 枠上凸部
40 ノズル
100 発光パネル製造装置
L 液状体
P 画素
R1 塗布領域、発光領域(第一領域)
R2 非塗布領域、非発光領域(第二領域)
S ステージ
Claims (6)
- 基板の一方の面の中央側となる第一領域と、前記第一領域の周囲となる第二領域と、を有し、前記第一領域に、一の方向に延在する複数の隔壁間で一の方向に延在する凹部にキャリア輸送層が形成される発光パネルの製造方法において、
前記第一領域が露出する開口部と、前記第二領域を覆う枠部とを備えるマスクの前記枠部を前記第二領域に重ねて配し、
前記マスクが配された前記基板に対してノズルを相対的に移動させながら、前記ノズルから前記キャリア輸送層となる材料が溶媒に溶解または分散された液状体を流し出し、前記液状体を前記開口部内の前記第一領域における前記隔壁間の凹部に塗布する前と塗布した後の少なくとも一方で、前記枠部の上面における前記開口部の縁に沿う範囲に前記液状体を塗布する塗布工程を備えることを特徴とする発光パネルの製造方法。 - 前記塗布工程の後に、前記マスクを前記基板に配したまま、前記液状体を乾燥させる乾燥工程を備えることを特徴とする請求項1に記載の発光パネルの製造方法。
- 前記塗布工程において、
前記ノズルを一の方向の正方向に相対移動させつつ、前記基板の前記第一領域から前記マスクの前記枠部の上面に前記液状体を塗布した後、前記ノズルが前記枠部に対応する位置で、前記ノズルを前記一の方向と交差する方向に相対移動させる際に、前記枠部の上面に前記液状体を塗布し、更に、前記ノズルを前記一の方向の逆方向に相対移動させつつ、前記マスクの前記枠部の上面から前記基板の前記第一領域に前記液状体を塗布することを特徴とする請求項1又は2に記載の発光パネルの製造方法。 - 基板の一方の面の中央側となる第一領域と、前記第一領域の周囲となる第二領域と、を有し、前記第一領域に、一の方向に延在する複数の隔壁と、その隔壁間で一の方向に延在する凹部に形成されるキャリア輸送層とを備える発光パネルの製造装置であって、
前記第一領域が露出する開口部と、前記第二領域よりも広い範囲を有しその第二領域を覆う枠部とを備えるマスクと、
前記開口部から前記第一領域が露出するように前記マスクが配された前記基板に対して相対的に移動しながら、前記キャリア輸送層となる材料が溶媒に溶解または分散された液状体を流し出し、前記液状体を前記開口部内の前記第一領域における前記隔壁間の凹部に塗布する前と塗布した後の少なくとも一方で、前記枠部の上面における前記開口部の縁に沿う範囲に前記液状体を塗布するノズルと、
を備えることを特徴とする発光パネルの製造装置。 - 前記枠部には、前記マスクが前記基板に配される向きに対応して、前記開口部内の前記第一領域に設けられた前記隔壁間の凹部の幅に相当する幅を有し、前記一の方向に延在する溝部が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の発光パネルの製造装置。
- 前記溝部は、前記凹部のピッチ間隔に対応して、複数並列されて設けられていることを特徴とする請求項5に記載の発光パネルの製造装置。
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